JP3005872B2 - 掘進ケーシングの掘進方向修正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ケーシングを地盤内に
掘進させる掘削機等における該掘進ケーシングの掘進方
向修正装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、例えばヒューム管等のケーシング
内に、先端に掘削羽根を有するスクリューロッドを回転
自在に挿通し、該スクリューロッドの掘削羽根の回転に
よりケーシング先端の地盤を掘削しつつケーシングを後
方から押込み装置により前方へ水平に押し込んでいく構
造の横掘り掘削機において、該ケーシングの掘進方向修
正装置として、上記ケーシングの先端に４〜８本の修正
用油圧シリンダを介して該ケーシングと同径の短円筒状
ケーシングヘッドを首振り自在に接続し、水平掘削の途
中においてケーシングの掘進方向が曲がったとき、上記
油圧シリンダの駆動により上記ケーシングヘッドを所要
の修正方向へ傾けて掘削を再開することにより該ケーシ
ングの掘進方向を適正方向へ修正していくものが知られ
ている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記横掘り掘
削機のケーシング掘進方向修正装置をそのまま長距離横
掘り掘削機又は縦掘り掘削機のケーシング掘進方向修正
装置に使用した場合、ケーシング及びケーシングヘッド
を無回転で地中へ押しこむから該ケーシング及びケーシ
ングヘッドが強い周面抵抗を受けつつ強大な土圧に包囲
され、その状態ではケーシングの曲り修正においてケー
シングヘッドを正確に修正方向に傾斜させることは容易
でなく、若し傾斜できたとしても、ケーシングヘッドの
傾斜方向へケーシングヘッドを修正掘進させることは極
めて困難である。本発明は、縦掘り及び横掘りにおい
て、土圧の大きい地盤においても掘進ケーシングの掘進
方向修正を確実容易に行うことを課題とする。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、本発明は、内部に掘削手段を挿入されるケーシ
ングが地盤外に設けられた回転駆動部に回転伝達可能に
接続され、上記ケーシングの先端に、短円筒状のケーシ
ングヘッドが該ケーシングから回転伝達可能に且つ少く
とも３つの修正用進退駆動手段により任意方向に首振り
傾斜自在に接続され、上記ケーシングヘッドを修正方向
に修正傾斜させるように上記各修正用進退駆動手段を進
退させると共に、上記ケーシングヘッドの回転中該ケー
シングヘッドの修正方向及び傾斜を維持するように各修
正用進退駆動手段を進退させるケーシング回転角度検出
器、ケーシング曲り角度検出器、ケーシング曲り方位・
曲り角度演算回路及び制御回路からなる制御装置が備え
られた、掘進ケーシングの掘進方向修正装置を提案す
る。 【０００５】本発明における上記ケーシング内部に挿入
される「掘削手段」は、掘削羽根を先端に有するスクリ
ューロッド、掘削爪を有するバケットをロッド下端に取
付けたアースドリル、その他種々の機械的掘削手段のほ
か、大口径ケーシングの場合に行われる掘削作業員も含
み、また上記ケーシングが接続される「回転駆動部」
は、マストに昇降自在に指示されたモータ、上記モータ
にケーシング押込みシリンダもしくはけん引ロープを付
加したもの、またはケーシングをチャックして回転させ
つつ一定長づつ地中に押し込んでいくケーシング回転押
込み装置等も含むものである。さらに上記「修正用進退
駆動手段」は、油圧等の流体圧シリンダ、ソレノイド、
ねじ棒、その他種々のものを含む。以下縦掘り掘削機の
ケーシング掘進方向修正装置に実施した図面を参照して
本発明の具体例について説明する。 【０００６】 【実施例】第１、２図において、ベースマシン(１)の前
端部に連結されたマスト(２)を垂直に支持し、該マスト
(２)に敷設されたガイドレール(３)、(３)にモータ等の
回転駆動部を載置したキャリヤ(４)をスライド金具(５)
…を介して摺動自在に係合支持させると共に、マスト上
端のトップシープ(６)から垂下したワイヤロープ(７)に
より該キャリヤ(４)を昇降自在に吊支し、この回転駆動
部に、外周面に高さの低いらせん羽根(11)を有する円筒
状ケーシング(８)、及び該ケーシング内に回転自在に挿
入された下端に掘削ヘッド(10)を有するスクリューロッ
ド(９)の各上端部を回転伝達可能に接続してある。 【０００７】上記ケーシング(８)は内壁(8a)及び外壁(8
b)からなる二重壁を有し、該ケーシング(８)の下端に、
同じく二重壁であってその環状空間の下端を開放し、上
端を閉成してなる短い同径の補助ケーシング(12)を同軸
上に接続し、この補助ケーシング(12)の環状空間内上端
面に本例では８個の修正用短小油圧シリンダ(13)…を互
に等間隔をあけてケーシング軸心と平行に下向きでそれ
ぞれ固定し、これらシリンダ(13)…の各ラム(14)…下端
に、上記ケーシング(８)と同径の短円筒状ケーシングヘ
ッド(15)を同軸上で連結してある。上記ケーシングヘッ
ド(15)も二重壁構造で、その上端部の内、外壁を上記補
助ケーシング(12)の内、外壁に摺動自在に一部重合させ
てあり、またヘッド内部は円錐上に下向きに拡開し、下
端を開口刃口(16)に形成してある。上記構造により、上
記ケーシングヘッド(15)は、本例では各修正用油圧シリ
ンダ(13)…を介してケーシング(８)と回転伝達可能に接
続されると共に、各油圧シリンダ(13)…の所要の伸縮に
より所望修正方位に所望角度首振り傾斜することができ
るのである。(18)…は各油圧シリンダ(13)…への圧力油
の給排を行うソレノイドバルブである。 【０００８】上記スクリューロッド(９)の下端の掘削ヘ
ッド(10)は、上記ケーシングヘッド(15)の刃口(16)の内
径とほぼ等しい掘削径を有する掘削羽根からなるもの
で、本例では、その軸部をスクリューロッド(９)の下端
にユニバーサルジョイント(17)により接続してある。 【０００９】上記ケーシング(８)及びスクリューロッド
（９)の回転駆動部は次のようである。第４図におい
て、箱形キャリヤ(４)内にスクリューロッド回転用のモ
ータ(20)及び減速機(21)を載置し、一方上記キャリヤ
(４)の左右側面上部にケーシング昇降用の油圧シリンダ
(22)、(22)の一端を軸(23)、(23)により連結し、両シリ
ンダのラム(24)、(24)に、上記キャリヤ(４)の下位に位
置する扁平箱形のギヤボックス(25)を軸(26)、(26)によ
り連結吊支し、該ギヤボックス(25)の後部左右上面にケ
ーシング回転用のモータ(27)、(27)を設置し、このよう
なギヤボックス(25)内の前部中央部に中空軸(28)をその
上下両端をギヤボックス(25)の上下両面に開放した状態
で、ベアリング(29)、(30)により垂直で回転自在に支承
し、該中空軸(28)の外周面に固着された大歯車(31)に、
上記モータ(27)、(27)のギヤボックス内出力軸に固着さ
れた小歯車(32)、(32)、それとかみ合うアイドル歯車(3
3)、(33)からなる歯車列を左右からそれぞれかみ合わせ
て中空軸(28)に回転を伝達するようにし、このようにし
た中空軸(28)の下端にケーシング(８)の上端をフランジ
継手(34)により接続すると共に、スクリューロッド(９)
を上記中空軸(28)内に通して上方へ突出し、突出上端を
上記減速機(21)の出力軸にフランジ継手(35)により接続
してある。 【００１０】次に、掘削時におけるケーシング(８)の掘
進方向の曲がりの検出及び修正用油圧シリンダ(13)…の
修正のための伸縮制御装置について説明する。まず、第
４図示のようにケーシング回転駆動部に、上記中空軸(2
8)と接するエンコーダによりケーシング(８)の原点位置
からの回転角度を検出するケーシング回転角度検出器(3
6)を取付け、また第２図示のように上記ケーシング(８)
下端近くの内、外壁(8a)、(8b)間に、ケーシング(８)の
回転における該ケーシングの垂直に対する曲り角度を順
次検出するケーシング曲り角度検出器(37)を取付ける。
この場合、上記ケーシング回転角度検出器(36)における
ケーシング回転角度の原点は、一例として上記曲り角度
検出器(37)がマスト(２)に直面したときの該検出器(37)
の取付位置としてある。上記ケーシング曲り角度検出器
(37)において、ケーシング(８)の回転に伴って順次検出
される角度の最大値がケーシング(８)の曲り角度であ
り、その最大値の検出される回転位置がケーシング(８)
の曲りの方位となる。これら検出器(36)、(37)を含む修
正用油圧シリンダの伸縮制御装置の概略は第６図示のよ
うである。ここで、修正開始の補正回路(40)は、ケーシ
ング(８)が何度曲ったとき修正を開始するのかの信号を
制御回路(39)に送るもので、本例では１度としてある。
修正完了の補正回路(41)は、ケーシング(８)の曲り角度
がほぼ０に至ったとき修正を停止する信号を制御回路(3
9)に送るものである。また、本例では、曲り修正のため
のケーシングヘッド(15)の傾斜は、第３図に例示のよう
にケーシングヘッドの修正傾斜方位(Ｒ)における最前位
のシリンダ（図ではａ、a'）を完全縮少させ、最後位の
シリンダ（図ではｂ、b'）を完全伸長させて行うものと
してある。 【００１１】今、モータ(20)、(27)(27)の始動によりケ
ーシング(８)、ケーシングヘッド(15)及びスクリューロ
ッド(９)を回転させて地中へケーシング(８)、ケーシン
グヘッド(15)を垂直に掘進させていき、それと共に、上
記ケーシング回転角度検出器(36)によるケーシング(８)
の原点からの回転角度及びケーシング曲り角度検出器(3
7)による曲り角度の検出を開始し、それらの検出信号を
ケーシング曲り方位・曲り角度演算回路(38)に送る。上
記演算回路(38)においては、ケーシング曲り角度検出器
(37)から送られる信号の中から最大曲り角度を演算し、
これをケーシング(８)の曲り角度として制御回路(39)に
送り、それと共にケーシング回転角度検出器(36)から送
られるケーシングの回転角度に基づいて上記最大曲り角
度の検出された位置の原点からの回転角度を演算し、こ
れをケーシング(８)の曲り方位の原点からの角度として
制御回路(39)に送る。制御回路(39)に送られるケーシン
グの曲り角度が１度をこえたとき、制御回路(39)から各
ソレノイドバルブ(18)…にそれぞれ作動信号を送って各
油圧シリンダ(13)…をそれぞれ伸縮させてケーシングヘ
ッド(15)を上記曲り方位と反対の修正方位へ傾斜させ
る。この場合、本例では前述のように第３図におけるケ
ーシングヘッド(15)の修正傾斜方位(Ｒ)における最前位
のシリンダ(ａ)、(a')を完全縮少させ、最後位のシリン
ダ(ｂ)、(b')を完全伸長させるから、それらの各ソレノ
イドバルブ(18)…に油の完全給排の信号をそれぞれ送
り、一方、最前、最後位の中間のシリンダ(ｃ)(c')、
(ｄ)(d')の伸長の割合は、第５図示のように最前位シリ
ンダ(ａ)から最後位のシリンダ(ｂ)への伸長変化に対し
直線的（比例的）関係にあるから、それらの各ソレノイ
ドバルブ(18)…に油の比例的供給をすべき信号をそれぞ
れ送る。それと共に上記ケーシングヘッド(15)の回転中
に該ケーシングヘッド(15)の修正傾斜の方位及び傾斜角
度を維持するため、各シリンダ(13)…のうち第３図にお
けるシリンダ(ｃ)、(ｄ)、(ｂ)、(b')は回転に伴い比例
的に縮少し、最前端から反転して比例的に伸長してい
き、他側のシリンダ(d')、(c')、(a')、(ａ)は回転に伴
い比例的に伸長し、最後端から反転して比例的に縮少し
ていく各伸縮サイクルを繰返すように、各ソレノイドバ
ルブ(18)…の給排油量を調整する制御信号をそれぞれ送
る。 【００１２】上記のように回転するケーシングヘッド(1
5)を所定の修正方位に一定角度で傾斜させて掘進を継続
すると、ケーシング(８)が徐々に垂直方向に修正されて
いく。制御回路(39)に送られるケーシングの曲り角度が
０（垂直）に至ると、制御回路(39)から全ソレノイトバ
ルブ(18)…に油排出信号を送って全シリンダ(13)…を完
全縮少させ、それによりケーシングヘッド(15)をケーシ
ング(８)の軸心方向（垂直方向）に戻してケーシング
(８)の曲り修正を停止し、以下垂直掘進を継続する。 【００１３】本発明の他の実施例として、上例における
スクリューロッド(９)に掘削ヘッド(10)を接続するユニ
バーサルジョイント(17)を除き、掘削ヘッド(10)をスク
リューロッドに直接固定した例もえられる。 【００１４】 【発明の効果】本発明の掘進ケーシングの掘進方向修正
装置によれば、ケーシング及びケーシングヘッドを回転
させながら掘進させることにより周面抵抗を低減させて
容易に地中に掘進できるから、ケーシングの曲り修正に
おいて、制御装置によって、まず回転するケーシングヘ
ッドが所望修正方向に容易に傾斜することができると共
に、該ケーシングヘッドの修正方向へケーシング全体が
スムーズに修正掘進していくことができ、それによりケ
ーシングの曲りを容易に修正することができ、この曲り
修正効果は、地中深く掘進したケーシングに対しても有
効に果すことができるのである。

【図面の簡単な説明】 【図１】縦掘り掘削機の側面図である。 【図２】ケーシング下端部分の拡大縦断面図である。 【図３】図２のIII−III線拡大断面図である。 【図４】回転駆動部部分の一部切欠拡大正面図であ。 【図５】修正用油圧シリンダの作用説明図である。 【図６】修正用油圧シリンダの伸縮制御装置のブロック
図である。 【符号の説明】 ８ ケーシング ９ スクリューロッド 10 掘削ヘッド 13 修正用油圧シリンダ 15 ケーシングヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−210389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−210389（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 7/00 - 7/30 E02D 7/00 - 13/10

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 内部に掘削手段を挿入されるケーシングが地盤外に設け
   られた回転駆動部に回転伝達可能に接続され、 上記ケーシングの先端に、短円筒状のケーシングヘッド
   が該ケーシングから回転伝達可能に且つ少くとも３つの
   修正用進退駆動手段により任意方向に首振り傾斜自在に
   接続され、 上記ケーシングヘッドを修正方向に修正傾斜させるよう
   に上記各修正用進退駆動手段を進退させると共に、上記
   ケーシングヘッドの回転中該ケーシングヘッドの修正方
   向及び傾斜を維持するように各修正用進退駆動手段を進
   退させるケーシング回転角度検出器、ケーシング曲り角
   度検出器、ケーシング曲り方位・曲り角度演算回路及び
   制御回路からなる制御装置が備えられた、 掘進ケーシングの掘進方向修正装置。